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北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院崔勝研究員團(tuán)隊(duì)Science Advances成功解析EV71病毒2C解旋酶的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)

2018-07-19 來源:中國病毒學(xué)論壇  標(biāo)簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護(hù)膚
摘要:近日,中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 病原生物研究所崔勝研究員團(tuán)隊(duì)解析了2.5埃分辨率的EV71病毒2C解旋酶晶體結(jié)構(gòu)(EV71 2C)。

 近日,中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院病原生物研究所崔勝研究員團(tuán)隊(duì)解析了2.5埃分辨率的EV71病毒2C解旋酶晶體結(jié)構(gòu)(EV712C)。他們發(fā)現(xiàn),2C包含了ATP酶結(jié)構(gòu)域,鋅指結(jié)構(gòu)及C端alpha螺旋區(qū)。2C解旋酶通過C端alpha螺旋與另一個(gè)2C分子表面疏水性口袋結(jié)合,發(fā)生多聚;研究證明,2C的多聚化是其酶活性和EV71病毒復(fù)制的前提條件,阻斷2C多聚化是潛在的抗病毒策略。EV712C的晶體結(jié)構(gòu)不但是微小核糖核酸病毒科的首個(gè)2C解旋酶高分辨率結(jié)構(gòu),而且是AAA+蛋白家族首個(gè)RNA解旋酶結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)為理解2C解旋酶機(jī)制提供了三維結(jié)構(gòu)信息,為抗病毒藥物設(shè)計(jì)提供了新思路。相關(guān)研究成果4月28日在線發(fā)表于Science子刊ScienceAdvances,標(biāo)題為“CrystalStructureof2CHelicasefromEnterovirus71”。

 
微小核糖核酸病毒科既包括了危害人類健康的脊髓灰質(zhì)炎病毒,手足口病病毒(EV71等),鼻病毒和甲肝病毒等;又包括了危害畜牧業(yè)的口蹄疫病毒。國家衛(wèi)生計(jì)生委公布的數(shù)據(jù)顯示:2015年我國手足口病新發(fā)病例已接近200萬,位居丙類傳染病之首。雖然EV71疫苗已上市,但其對(duì)引起手足口病的其他病毒(如CA16等)保護(hù)作用有限。脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗已使用了數(shù)十年,仍不能完成世衛(wèi)組織發(fā)起的“脊灰根除計(jì)劃”的目標(biāo)。由此可見,僅依靠疫苗難以實(shí)現(xiàn)疾病控制的目標(biāo),抗病毒藥是必要的補(bǔ)充。然而,迄今為止,尚無抗微小核糖核酸病毒的藥物上市。
 
2C蛋白是微小核糖核酸病毒中最保守的復(fù)制酶之一,屬于AAA+家族RNA解旋酶,參與了病毒脫衣殼、RNA合成和衣殼組裝成等關(guān)鍵過程,因此是重要的藥物靶標(biāo)。由于2C蛋白極不穩(wěn)定,國際相關(guān)領(lǐng)域歷經(jīng)數(shù)十年努力仍無法解析2C的高分辨率結(jié)構(gòu),阻礙了對(duì)其功能的理解及藥物研發(fā)。崔勝課題組通過系統(tǒng)的構(gòu)建優(yōu)化,成功表達(dá)了截短N(yùn)端膜結(jié)合區(qū)的2C蛋白并解析了晶體結(jié)構(gòu)(2.5埃)。他們發(fā)現(xiàn),2C含有一個(gè)ATP酶結(jié)構(gòu)域,一個(gè)“雙三棱錐”構(gòu)型鋅指和一個(gè)C端兩親性螺旋。ATP酶和鋅指之間形成疏水口袋與另一個(gè)2C分子C端alpha螺旋結(jié)合,介導(dǎo)了2C自我多聚化。利用X射線小角散射等技術(shù),他們發(fā)現(xiàn)2C的ATP酶活性嚴(yán)格依賴溶液中2C多聚體的形成,提示了多聚體是具有生物學(xué)活性得組裝模式。為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)學(xué)的發(fā)現(xiàn)及推論,他們進(jìn)而利用反向遺傳學(xué)體系在細(xì)胞模型上逐一驗(yàn)證了2C的關(guān)鍵氨基酸突變對(duì)EV71復(fù)制的影響,他們證實(shí)C端螺旋介導(dǎo)的2C多聚化EV71病毒進(jìn)行復(fù)制的必要條件。由于六聚體組裝是AAA+蛋白家族的特征之一,研究人員利用JCV的LargeTantigen六聚體結(jié)構(gòu)為模板構(gòu)建了EV712C六聚體模型,
 
EV712C解旋酶結(jié)構(gòu)的解析填補(bǔ)了微小核糖核酸病毒結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要空白。目前,已發(fā)現(xiàn)數(shù)十種具有抗病毒活性的抑制劑靶向2C解旋酶。EV712C晶體結(jié)構(gòu)的解析為揭示抑制劑作用機(jī)制、開展虛擬藥物篩選和結(jié)構(gòu)輔助的分子設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的三維信息;所建立的2C活性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)體系為抑制劑的篩選提供了關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)。
 
中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)研究所關(guān)洪鑫(博士生)為本文第一作者;中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)研究所崔勝研究員為本文通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研究和發(fā)展計(jì)劃的資助。
 
Crystalstructureof2Chelicasefromenterovirus71
 
HongxinGuan,JuanTian,BoQin,JustynaAleksandraWojdyla,BeiWang,ZhendongZhao,MeitianWang,ShengCui*
 
Enterovirus71(EV71)isthemajorpathogenresponsibleforoutbreaksofhand,foot,andmouthdisease.EV71nonstructuralprotein2Cparticipatesinmanycriticaleventsthroughouttheviruslifecycle;however,itspreciseroleisnotfullyunderstood.Lackofahigh-resolutionstructuremadeitdifficulttoelucidate2Cactivityandpreventedinhibitordevelopment.Wereportthe2.5?–resolutioncrystalstructureofthesolublepartofEV712C,containinganadenosinetriphosphatase(ATPase)domain,acysteine-richzincfingerwithanunusualfoldandacarboxyl-terminalhelicaldomain.UnlikeotherAAA+ATPases,EV712Cundergoesacarboxylterminus–mediatedself-oligomerization,whichisdependentonaspecificinteractionbetweenthecarboxyl-terminalhelixofonemonomerandadeeppocketformedbetweentheATPaseandthezincfingerdomainsoftheneighboringmonomer.Thecarboxylterminus–mediatedself-oligomerizationisfundamentalto2CATPaseactivityandEV71replication.Ourfindingssuggestastrategyforinhibitionofenterovirusreplicationbydisruptionoftheself-oligomerizationinterfaceof2C.
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